적용분야

본 기사는 벨기에 안트베르펜 대학교(University of Antwerp) 소속 InViLab 연구 그룹의 연구 성과와, 연구 자금 지원 기관인 플랑드르 연구 재단(Research Foundation Flanders, FWO) 및 Stand up to Cancer(벨기에, Kom op tegen Kanker)의 지원을 바탕으로 작성되었습니다.

피부암은 피부 세포에서 시작되는 암의 한 종류로, 주로 태양광이나 태닝 베드와 같은 인공 광원에서 발생하는 자외선(UV)에 장기간 노출됨으로써 발생합니다. 피부 세포의 DNA가 손상되면 비정상적인 세포 증식이 일어나면서 질병이 진행됩니다. 피부암은 크게 세 가지 유형으로 분류됩니다. 기저세포암(Basal Cell Carcinoma, BCC), 편평세포암(Squamous Cell Carcinoma, SCC), 그리고 흑색종(Melanoma)입니다. BCC와 SCC는 발생 빈도가 높고 일반적으로 침습성이 낮은 반면, 흑색종은 비교적 드물지만 다른 신체 부위로 전이될 가능성이 높아 매우 위험합니다. 피부암은 보통 새로운 종양의 발생, 잘 낫지 않는 상처, 기존 점의 변화 등과 같은 피부 변화로 나타납니다. 조기 발견과 치료는 매우 중요하며, 특히 침습성이 낮은 피부암의 경우 조기에 발견되면 성공적으로 치료할 수 있는 경우가 많습니다.

암성 피부 조직은 종양 성장과 연관된 여러 생리적 변화로 인해 더 많은 열을 발생시킵니다. 그 주요 원인 중 하나는 암세포의 대사 활동 증가입니다. 암세포는 빠르게 분열하며 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 정상 세포보다 대사율이 높고, 그 부산물로 더 많은 열을 생성합니다.

또 다른 요인은 혈관신생(angiogenesis)으로, 종양은 빠르게 성장하는 암세포에 필요한 산소와 영양분을 공급하기 위해 새로운 혈관 생성을 유도합니다. 이로 인해 종양 부위로의 혈류가 증가하며, 주변 조직의 온도가 더 높아지는 경우가 많습니다. 또한 암 조직 주변에서는 염증 반응이 흔히 발생하는데, 이는 국소적인 온도 상승에 기여합니다. 비정상적인 암세포에 대한 면역 반응이 염증을 유발하고, 그 결과 해당 부위에서 추가적인 열이 발생하게 됩니다.

암 조직과 정상 피부 사이의 온도 차이는 상황에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 암이 영향을 미친 부위의 온도가 정상 피부보다 약 1~3 °C 정도 높게 나타납니다.

적외선 열화상 기술은 피부암 연구에서 사용되는 비침습적 영상 기법으로, 피부 표면의 비정상적인 온도 변화를 감지하여 암성 병변의 존재 가능성을 확인하는 데 활용됩니다. 이 방법은 모든 물체가 자신의 온도에 따라 적외선 복사를 방출한다는 원리에 기반합니다. 인체의 피부 역시 적외선 복사를 방출하며, 열화상 카메라는 이를 포착하고 측정할 수 있습니다. 카메라는 수집된 적외선 신호를 열화상 이미지로 변환하며, 이때 온도 차이는 서로 다른 색상이나 회색 음영으로 표현됩니다.

적외선 열화상은 암 조직이 정상 조직보다 대사 활동이 더 활발하다는 특성을 활용합니다. 검사 과정에서 적외선 카메라는 환자의 피부를 촬영하고, 생성된 열화상 이미지를 분석하여 비정상적인 열 패턴을 보이는 영역을 식별합니다. 이러한 영역은 피부암의 존재를 시사할 수 있습니다. 이 기술은 육안으로는 아직 확인되지 않는 초기 단계의 피부암까지 감지할 수 있어, 조기 진단을 위한 매우 유용한 도구로 평가받고 있습니다.

한 연구 프로젝트에서는 피부암 병변을 진단하고 특성을 분석하기 위한 열화상 유도 진단 도구가 개발되었으며, 임상 환경에서 표준화되고 재현 가능한 결과를 제공함으로써 피부암 진단의 효율성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 장치는 능동형 적외선 열화상(active infrared thermography)과 열 자극, 특히 냉각(cooling)을 결합하여 피부 병변의 재가열 패턴을 분석합니다. 이 방법은 암세포에서 증가하는 대사 활동과 혈관신생 현상을 활용하며, 이러한 생리적 변화로 인해 생성되는 고유한 열적 시그니처를 적외선 영상으로 포착하고 분석할 수 있습니다.

이 장치에는 적외선 카메라 Optris Xi 400이 통합되어 있으며, 피부의 고해상도 열화상 이미지를 획득하는 데 핵심적인 역할을 합니다. Xi 400은 현미경용 광학 렌즈를 장착하고 있어 피부 병변을 근접 촬영할 수 있으며, 이를 통해 매우 미세한 세부 특징까지 감지할 수 있습니다. 또한 열 감도가 80 mK 미만인 비냉각 마이크로볼로미터 검출기를 탑재하여, 작은 온도 변화에도 매우 민감하게 반응합니다. 이 카메라는 해상도 382 × 288 픽셀, 프레임 속도 27 Hz로 16비트 RAW 열화상 이미지를 실시간으로 캡처하여, 정밀한 열 데이터를 안정적으로 확보합니다.

Xi 400의 수동 모터 포커스 기능과 90~110 mm 거리 범위에서의 초점 조절 능력은 정밀한 영상 획득을 가능하게 하며, 이는 피부 병변의 경계와 깊이를 정확하게 평가하는 데 매우 중요합니다. 또한 이 장치는 피부와의 거리를 항상 100 mm로 유지해 주는 거리 홀더를 포함하고 있어, 측정의 일관성을 보장합니다. 이러한 정밀한 영상 성능에 냉각 시스템이 결합됨으로써, HypIRskin은 악성 병변과 양성 병변을 효과적으로 감지하고 구분할 수 있습니다.

적외선 열화상 기술은 악성 흑색종, 기저세포암, 편평세포암과 같이 가장 흔한 피부암 유형을 식별하는 데 특히 효과적입니다. 더모스코피(피부경 검사)나 생검과 같은 기존 진단 방법과 병행하여 사용할 경우, 피부암의 진단 및 모니터링 정확도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 그 결과 치료 성과 또한 개선됩니다.

임상 연구 환경에서 스크리닝 장치가 성공적으로 적용된 사례는, 이 장치가 피부암 병변을 특성화하는 데 있어 매우 강력한 도구로 활용될 잠재력을 지니고 있음을 보여줍니다. 이 장치는 전체 측정 시간이 약 3분에 불과할 정도로 신속한 측정을 제공하여, 임상 현장에서 사용하기에 매우 실용적입니다. 또한 냉각 강도와 지속 시간을 조절할 수 있어, 각 환자와 사례에 맞춘 유연한 측정이 가능합니다. 다만, 균일하고 재현 가능한 결과를 확보하기 위해서는 균일한 냉각 부하를 유지하는 것이 필수적입니다.

연구진은 적외선 열화상을 통해 피부암 병변을 정확하게 감지하고 특성화하는 데 필요한 정밀도와 민감도를 제공한다는 점에서 Optris와 협력하여 Optris Xi 400 적외선 카메라를 활용하고 있습니다. Optris Xi 400은 고해상도 열화상 이미징 성능을 갖추고 있어, 정상 조직과 암 조직 사이의 미세한 온도 차이를 포착하는 데 결정적인 역할을 합니다.

이 카메라에 탑재된 비냉각 마이크로볼로미터 검출기는 **80 mK 미만의 열 감도(NETD)**를 제공하여, 매우 미세한 온도 변화까지 감지할 수 있습니다. 이는 피부암의 열적 시그니처를 식별하는 데 필수적인 성능입니다. 또한 Xi 400은 현미경용 광학 렌즈와 수동 모터 포커스 기능을 갖추고 있어, 피부 병변을 정밀하게 근접 촬영할 수 있습니다.



인용문헌: J. Verstockt 외, 「HypIRskin: 피부암 병변의 진단 및 특성 분석을 위한 열화상 유도 장치」, 2024 IEEE 의료 측정 및 응용 국제 심포지엄(MeMeA), 네덜란드 에인트호번, 2024, pp. 1–6, doi:
10.1109/MeMeA60663.2024.10596792.